電力系統(tǒng)靈活性提升機理及儲能容量配置方法分析報告-培訓課件

電力系統(tǒng)靈活性提升機理及儲能容量配置方法2023年7月背景12345何謂靈活性為什么現有機制難以提升靈活性如何配置廣義儲能來提升靈活性以新能源電站配儲為例背景?

2020年9月，國家主席在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上表示，中國的二氧化碳的碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取到2060年前實現“碳中和”?

2021年12月,國務院印發(fā)《“十四五”節(jié)能減排綜合工作方案》：大力推動節(jié)能減排,加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經濟體系，推進經濟社會發(fā)展全面綠色轉型,助力實現碳達峰、碳中和目標1994199620052007《聯合國氣候變化框架公約》COP2發(fā)布《日內瓦宣言》《京都議定書》巴厘路線圖20092015零碳社會本世紀下半葉2050…實現溫室氣體凈零排放溫升控制在1.5℃《巴黎氣候變化協(xié)定》《哥本哈根協(xié)議》零碳能源系統(tǒng)以內幾點認識：后三十年主要任務——消納新能源能源行業(yè)，前三十年主要任務是建設新能源，后三十年主要任務是消納新能源能源行業(yè)，前三十年發(fā)展看新能源，后三十年發(fā)展看儲能（廣義儲能、虛擬電廠）與新能源相比，廣義儲能依托于大云物智移等技術，可以數字化形式為各行各業(yè)賦能，具有更大的想象空間幾點認識：儲能本質時間自由即儲能幾點認識：園區(qū)是靈活性資源集聚地n園區(qū)中分布式資源靈活調節(jié)潛力巨大n認識：儲能作用是移峰填谷，完成負荷轉移；靈活性負荷作用亦然n靈活性負荷即更廉價的儲能n挖掘、協(xié)同、聚合需求側資源調節(jié)能力，構建成為廣義儲能工業(yè)熱泵熱水器工業(yè)生產線電動汽車充電樁電采暖電網運行空調廣義儲能園區(qū)中分布式資源例如：空調占冬夏尖峰負荷50%以上幾點認識：園區(qū)是實現碳中和主戰(zhàn)場u

我國90%以上城市居民工作與生活在園區(qū)，城市里除了馬路，幾乎都是園區(qū)【1】，是廣泛存在的社會載體u

園區(qū)是需求側最典型的綜合能源節(jié)點，包含了能源的生產、消費、存儲各個環(huán)節(jié)u

園區(qū)是能源與社會的交匯點，是未來能源系統(tǒng)實現低碳可持續(xù)發(fā)展的主戰(zhàn)場園區(qū)4.0智慧綠色、實現雙碳目標園區(qū)1.0園區(qū)2.0園區(qū)3.0勞動密集?人員活動驅動

產業(yè)主導?能源消費攀升

技術創(chuàng)新?信息互聯改革開放初期基礎建設增長期信息技術發(fā)展期206019781990201020202030【1】2020年，、埃森哲《未來智慧園區(qū)白皮書》背景12345何謂靈活性為什么現有機制難以提升靈活性如何配置廣義儲能來提升靈活性以新能源電站配儲為例“鴨子曲線”問題高比例新能源滲透后：?

美國加州市場出現嚴重鴨子曲線問題，3小時內13GW的爬坡需求，以及過發(fā)電風險?

中國青海也出現類似問題，系統(tǒng)調峰深度超過10GW面對負荷和新能源的雙側功率波動系統(tǒng)靈活性需求激增何謂靈活性？北美電力可靠性委員會（NERC）：靈?活?性?是?消?弭?負?荷?需?求?變?化?的?能?力?

爬坡需求確定性變化?

削峰填谷需求（Variability）?

曲線形狀波動大不確定性變化?

預測誤差（Uncertainty）迫切需要配儲來提升系統(tǒng)靈活性。靈活性，為什么現在如此重要？?

原因：新型電力系統(tǒng)下，電源結構發(fā)生了深刻變化。?

在既有電力系統(tǒng)下，主力電源是水電廠、火電廠?

火電廠、水電廠既提供電能、也提供調節(jié)能力?

調節(jié)能力充裕而廉價，可以被忽略，不需要被明確定義、計量、作為商品。?

在新型電力系統(tǒng)下，主力電源是光伏等可再生能源。?

光伏等只能電量，不能提供調節(jié)能力。?

調節(jié)能力稀缺，不能忽略，必須明確定義、計量、作為商品。儲能建設，正是為了提供新型電力系統(tǒng)下“稀缺”的靈活性。背景12345何謂靈活性為什么現有機制難以提升靈活性如何配置廣義儲能來提升靈活性以新能源電站配儲為例為什么現有市場機制難以提升靈活性？現有靈活性產品——以美國加州市場（CAISO）提出的靈活爬坡產品（FRP）為代表現有靈活爬坡產品示意圖?

FRP實質上是應對預測誤差的備用容量?

針對不確定性變化（Uncertainty）產生的靈活性需求，其作用還存在爭論?

無法表征應對確定性變化（?Variability?）的靈活性貢獻為什么現有市場機制難以提升靈活性？?

“鴨子曲線”問題本質上并不是“預測誤差”造成的?

而是由于電力系統(tǒng)缺乏應對負荷在連續(xù)時間段上確定性變化（Variability）的能力發(fā)電商2（未產生靈活性貢獻反而產生靈活性需求）曲線形狀本身即蘊含靈活性價值！發(fā)電商1（產生靈活性貢獻）儲能（產生靈活性貢獻）為什么現有市場機制難以提升靈活性？?

本質原因:?個體應對負荷確定性變化的靈活性貢獻無法表征、量化和交易?

傳統(tǒng)分時段交易存在本質缺陷在現有市場機制中：?

發(fā)電商1和2按各時段出清單價結算，受到的激勵完全相同?

靈活性貢獻未得到獨立表征?

做出靈活性貢獻的發(fā)電商2也不會因此受到激勵?

長此以往，系統(tǒng)靈活性將更加匱乏?強制配儲政策難解困局各省的新能源配儲政策匯總：?

新能源為裝機容量10%~30%、時長2h~4h配置儲能為什么儲能比例是10%,20%,30%?意識到了問題，但還缺乏進一步理論依據？強制配儲政策難解困局“由于缺乏合理的調度機制和電價疏導機制，新能源強制配儲沒有經濟性”——這一觀點幾乎已成為行業(yè)共識主要原因：電網?

政策規(guī)劃具有超前性，有時太過超前?

原材料飆漲和入網電價擠壓下，一部分儲能項目可能存在的質量安全性問題，由此導致電網不愿意調用“雙輸”?

新能源場站的儲能電力的調度的技術儲備相對不完善、結算機制不靈活、以及部分新能源儲能項目規(guī)劃建設上存在不合理現象帶來商業(yè)模式問題新能源發(fā)電商儲能如何參與電力市場？?

現有市場機制要求儲能與發(fā)電機/負荷一樣競價?

難點1：儲能的報價是基于其對未來電價的預測；但是在實際市場中，儲能的充放電行為則會影響未來電價。?

儲能容量越大，其報價會越偏離市場需要；對系統(tǒng)的貢獻也會隨之降低甚至產生反作用?

難點2：儲能參與電力市場，激勵不相容?

儲能設備可以作為負荷在價格較低時購電（充電），然后在價格較高時售電（放電），通過此種方式獲取差價收益。?

但是，如果所有的儲能設備都按照這種方式操作，電力市場的價格峰谷可能會被削平，從而降低了儲能設備的收益背景12345何謂靈活性為什么現有機制難以提升靈活性如何配置廣義儲能來提升靈活性以新能源電站配儲為例系統(tǒng)靈活性，

于個體靈活性要提升系統(tǒng)靈活性必先設計頂層市場機制，引導、激勵個體提升自身靈活性目的：根本性解決靈活性提升及新能源消納問題系統(tǒng)靈活性欲提升個體靈活性，必先量化其靈活性貢獻系統(tǒng)層面：ü

舍棄分時段交易，轉而將電量曲線作為一個有機整體，量化其電量價值和靈活性價值?ü

量化個體靈活性貢獻，方可激勵個體靈活性自發(fā)提升欲量化靈活性，須先明確個體調節(jié)責任ü

調節(jié)責任機制：發(fā)電商的發(fā)電量應與其調節(jié)責任成正相關（例如，與負荷曲線形狀一致）ü

本質：原本由電網承擔的平衡責任公平劃分至發(fā)電商個體，也即各自提供成比例的靈活性貢獻傳統(tǒng)方式：不現實也不公平，無法適應高比例新能源基于調節(jié)責任的新方法火電出力，承擔發(fā)電商1發(fā)電商2大范圍調節(jié)任務新能源出力，產生大量調節(jié)需求發(fā)電商3發(fā)電商4個體提升靈活性具體方式方式1：發(fā)電機靈活性改造?

新市場機制將極大促進個體靈活性自主自發(fā)提升，資源高效聚合發(fā)電商滿足調節(jié)責任的方式方式2：自主配置廣義儲能，綜合考慮成本和收益?

方式2成為主要途徑和必然趨勢方式3：直接從市場購買靈活性多方共贏電網ü

儲能：新市場機制使得儲能收益與貢獻匹配ü

新能源：消納率提升，社會總福利增大新能源...ü

電力用戶：系統(tǒng)靈活性提升，電價穩(wěn)定，電力供應得到保障ü

電網：可調度靈活性資源豐富，新型電力系統(tǒng)實現安全、經濟、綠色、低碳運行儲能電力用戶背景12345何謂靈活性為什么現有機制難以提升靈活性如何配置廣義儲能來提升靈活性以新能源電站配儲為例以實際數據的新能源電站配儲為例新能源的儲能容量/功率配置：將新能源典型功率曲線轉化為負荷形狀一致的目標曲線，所需要的最小儲能容量/充放電功率——新能源的調節(jié)責任決定了儲能配置容量大小以實際數據的新能源電站配儲為例單個新能源廠站的儲能容量配置測算：風電?

測試系統(tǒng)：IEEE?39節(jié)點系統(tǒng)?

總裝機容量：895?MW?

典型日負荷需求總量：5023?MWh?

風電典型反調峰特性曲線儲能電量電量占比（以日電量為基準值）儲能充放電功率功率占比（以系統(tǒng)總裝機容量為基準值）風電裝機占比17%36%54%536MWh?；?11%74MW?；?8%127MW；14%210MW?；?23%1068MWh?；?21%1606MWh?；?32%以實際數據的新能源電站配儲為例單個新能源廠站的儲能容量配置測算：光伏?

測試系統(tǒng)：IEEE?39節(jié)點系統(tǒng)?

總裝機容量：895?MW?

典型日負荷需求總量：5023?MWh?

光伏典型曲線(白天功率大/夜間為零)?

光伏晝夜功率差更大，導致光伏比風機所需儲能更大儲能電量電量占比（以日電量為基準值）儲能充放電功率功率占比（以系統(tǒng)總裝機容量為基準值）光伏裝機占比17%36%54%693MWh?；?13%79MW?；?9%197MW；22%290MW?；?32%1722MWh?；?34%2517MWh?；?51%以實際數據的新能源電站配儲為例全系統(tǒng)新能源的儲能容量配置測算?

測試系統(tǒng)：IEEE?39節(jié)點系統(tǒng)?

總裝機容量：895?MW?

典型日負荷需求總量：5023?MWh?

新能源占比——風電：光伏=